Отчеты об этом путешествии составляют тома 3 и 4 «Очерков Северо-Западной Монголии»; в третьем помещены дневники, списки растений и т. п., в четвертом – этнографические материалы (о тюркских и монгольских племенах, семейном, общинном и религиозном быте, поверья, сказки и легенды). Составлением и изданием отчетов по монгольским путешествиям Григорий Николаевич был занят в Петербурге с 1880 по 1883 г.

В начале 1884 г. Потанин отправился в новое путешествие, более далекое, на средства Географического Общества и пожертвование сибирского мецената В. П. Сукачева. Эта экспедиция была снаряжена почти одновременно с четвертой экспедицией Пржевальского и имела главной задачей более подробное изучение восточной окраины Тибета, тогда как Пржевальский намеревался проникнуть в глубь этой страны с севера. На военном фрегате «Минин» Григорий Николаевич с женой, топографом Скасси и натуралистом Березовским, спутником его первого монгольского путешествия, отправился морем из Одессы, через Суэцкий канал и вокруг Индии в Китай. От Пекина началось сухопутное странствие; через провинции Чжи-ли и Шань-си с хр. У-тай-Шань экспедиция прошла в Куку-Хото, пересекла Желтую реку и Ордос и через восточную Гань-су вышла в Лань-чжоу. Уже в ноябре она прибыла в местность Сан-чуань в южном Нань-Шане, где осталась на зимовку для изучения монгольского племени широнголов.

Весной 1885 г. путешественники направились далее через Си-нин и монастыри Гумбум и Лабран на Амдосское нагорье, затем в г. Мин-чжоу, Си-гу и Сунпан на восточной окраине Тибета; изучая эту окраину и прилежащие части провинций Сычуань и Гань-су, они провели здесь второе лето и осень, а на зимовку через Лань-чжоу прошли в Гумбум, где изучали монастырский быт, а также окрестных тангутов нагорья. Весной 1886 г. экспедиция вышла на берег оз. Кукунора, где сбылась мечта Григория Николаевича, лелеянная им 30 лет: он увидел наконец это таинственное озеро и окружающие снежные горы, которым тангуты дают имя патриархов. Через эти горы – цепи Нань-Шаня – экспедиция прошла в город Ганьчжоу и затем вдоль р. Эцзин-гол в Центр. Монголию, пересекла Гоби и Монгольский Алтай и, наконец, через Хангай между р. Селенгой и Орхоном вышла поздней осенью в Кяхту. Маршруты этого путешествия на значительном протяжении, особенно на восточной окраине Тибета, в Нань-Шане, Ордосе, Центр. Монголии и Хангае, пролегают по местностям, еще не посещенным европейцами.

В отчете Григория Николаевича, составляющем 2 большие тома под заглавием «Тангутско-тибетская окраина Китая и Центральная Монголия», помещены путевые дневники, веденные с той же полнотой, как и во время монгольских путешествий, но рядом с ними также общие очерки посещенных стран и народов, отсутствовавшие в отчете о Монголии, иллюстрированные снимками местностей, зданий и туземцев. Второй том содержит сказки, легенды, исторические предания и т. п. разных народов и наречия широнголов, шира-ёгуров, хара-ёгуров и саларов – монгольских племен, живущих вперемежку с тангутами и китайцами в Нань-Шане и на окраине Тибета.

По возвращении из этого путешествия Потанин поселился в Иркутске, где занимался составлением указанного отчета, но, кроме того, принял живое участие в деятельности Восточно-Сибирского отдела Географического Общества, сделался его правителем дел, организовал вместе со священником Подгорбунским выставку принадлежностей буддийского культа, впервые познакомившую горожан с внешней стороной буддизма. Он же явился инициатором и организатором исследования быта и собирания народного эпоса бурят Иркутской губ. и Забайкальской обл., как шаманистов, так и ламаитов, произведенного местными силами. Под редакцией Григория Николаевича вышли первые тома трудов этнографической секции Отдела, и деятельность как этой секции, так и всего отдела заметно оживилась.

Но в 1891 г. Потанин отправился в Петербург печатать свой отчет и готовиться к новому путешествию. Его опять потянуло в глубь Азии, в неисследованные страны, к незнакомым народам. Это путешествие на средства Географического Общества и сибирского золотопромышленника И. М. Сибирякова началось осенью 1892 г. Кроме Григория Николаевича и его жены, в нем приняли участие зоолог Березовский, выехавший в Южный Китай годом раньше, коллектор Кошкаров, переводчик Рабданов и, в качестве геолога, нижеподписавшийся, который должен был связать своими маршрутами район работ Потанина в Сычуани и Восточном Тибете с районом исследований экспедиции Роборовского и Козлова, бывших спутников Пржевальского, отправлявшейся годом позже в Нань-Шань и Северный Тибет.

В октябре Григорий Николаевич с своими спутниками прибыл в Кяхту, пересек Восточную Монголию по китайскому почтовому тракту Урга-Сайр-усу-Калган, из Пекина направился через Северный Китай и Цин-лин-шань в провинцию Сычуань и на восточную окраину Тибета, где экспедиция занялась более подробными исследованиями; более продолжительные стоянки были в г. Тарсандо и в г. Ли-фаньфу. В последнем А. В. Потанина тяжело заболела; в августе 1893 г. у нее повторился припадок паралича, бывший уже в Тарсандо в легкой форме. Поэтому Григорий Николаевич поспешил увезти больную в такое место, где можно было найти европейскую врачебную помощь, сначала в носилках, затем в лодке вниз по р. Цзя-лин-цзян, но не доезжая г. Чун-цзин на Ян-цзе-кианге, где жили английские миссионеры и врач, больная скончалась 19 сентября. Григорий Николаевич, совершенно убитый горем, не был в состоянии продолжать научную работу; он повез тело жены через Шанхай в Пекин и отправил его в Кяхту, а сам вернулся в Россию. Из членов экспедиции только Березовский и геолог продолжали свои исследования.

Вследствие болезни главной помощницы Потанина и ее смерти результаты этого путешествия, продолжавшегося в Сычуани и на окраине Тибета только несколько месяцев, далеко не так значительны, как предыдущие, и ограничиваются (если не говорить о работах зоолога и геолога) небольшим отчетом, напечатанным в «Известиях Географического Общества» в 1899 г., содержащим путевые дневники, и естественно-историческими коллекциями; в дневниках имеются описания буддийских монастырей и этнографические данные.

Здесь уместно будет посвятить несколько слов памяти Александры Викторовны Потаниной. Она была деятельной помощницей и сотрудницей Григория Николаевича не только в его путешествиях, но и в промежуточной между ними научной и общественной работе. Она помогала собирать всякие коллекции и вести наблюдения по метеорологии, записи по этнографии; в отношении изучения быта и нравов туземцев она была особенно ценной помощницей, потому что, как женщина, могла проникать в такую среду, которая совершенно закрыта для постороннего мужчины, именно в среду китаянок и мусульманок, и изучать семейную жизнь китайцев, дунган, киргизов и таранчей. Своими наблюдениями она пользовалась и для самостоятельных очерков из жизни народов Азии, печатавшихся в различных журналах и газетах и затем собранных и изданных Московским обществом любителей естествознания, антропологии и этнографии в виде отдельной книги.

Александра Викторовна была первой женщиной, проникшей в глубь Центральной Азии, и ее присутствие особенно оттеняло мирный характер путешествий Потанина, в отличие от военного облика экспедиций Пржевальского и Певцова. Она не только содействовала Григорию Николаевичу в его трудах и разделяла его лишения, но и служила ему огромной и ничем не заменимой нравственной поддержкой, удваивая таким образом его силы и энергию. Вот почему, несмотря на ослабевшее здоровье, несмотря на советы врача в Пекине в начале последнего путешествия, она не осталась там, а смело пустилась в глубь далекой окраины Тибета, чтобы не лишить своего мужа этой поддержки. За это самоотвержение она заплатила своей жизнью, еле достигнув возраста 50 лет. И вполне понятно, что Григорий Николаевич, лишившись своей жены, был настолько поражен горем, что не мог продолжать научную работу и вернулся на родину.